resalto hidraulico ahogado

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  • 7/25/2019 Resalto Hidraulico Ahogado

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    RESALTO HIDRULICO AHOGADO

    1)INTRODUCCIN.-El salto hidrulico es un fenmeno local, caracterizado por un ascenso brusco del nivel de

    agua. Generalmente. la prdida de energa es importante y en este fenmeno se observa unfuerte turbulencia, acompaada de la formacin de espuma por el aireamiento del fluo,ruido, y accin dinmica sobre las paredes y el fondo del canal.En la figura ! se muestran algunos casos de salto hidrulico.

    Este fenmeno puede provocarse en las conducciones libres con el fin de utilizar suscaractersticas. " continuacin se presentan algunos eemplos#a$ %ara disipar la energa al pie de rpidas y vertedores. &e esa manera se evita o reducepeligro de erosin en el canal aguas abao.b$ %ara elevar el nivel del agua en canales de medicin y en canales de regado, en loscuales se re'uieren niveles altos.c$ %ara mezclar productos 'umicos con el agua (floculantes, cloro, etc.$ con el fin de tratarel agua en las plantas purificadoras, y esta forma evitar el uso de mezcladores mecnicos.d$ )on el fin de mezclar el fertilizante con el agua de regado.e$ %ara airear el agua y meorar sus condiciones biolgicas.

    En esta prctica en especial, se utilizarn adems del mtodo de *rea +elocidad, otros

    mtodos como ser el del vertedero y el medidor electromagntico, para medir el caudal del

    canal de ehboc-, dicho fluo estar sometido mediante una barrera de contencin 'ue lo

    obligar a realizar un resalto hidrulico, ahora conociendo este caudal aforado, se podr

    medir el resalto, y hallar su tirante inicial y su tirante crtico.

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    2)OBJETIVOS

    OBJETIVO GENERAL.-

    &eterminacin de los tirantes inicial, crtico y conugado de un fluo 'ue realiza unresalto hidrulico ahogado.

    OBJETIVOS ESPECFICOS.-

    Estudiar la distribucin de velocidades 'ue se produce en la seccin transversal del

    canal.

    anear el molinete hidrulico a la perfeccin.

    &eterminar los caudales de una seccin utilizando diferentes mtodos.3)DEFINICIONES:

    1. Ti!"#$ %i%'.- "ltura a la cual el fluo sera crtico.

    2. S$%%i(".- )orte transversal aplicado a un cuerpo, en este caso a un canal de ehbo-, seentiende por seccin al rea 'ue tiene la superficie de dicho corte trasversal.

    3. F*+' ,*%i%'./0e da cuando el tirante de agua, est por encima del tirante crtico.

    . F*+' %i%'.- 0e da cuando el tirante de agua est por debao del tirante crtico.

    /. G!,#' ' C!*0!.- +olumen 'ue pasa por una determinada seccin en un determinadotiempo.

    . Ti!"#$ 0$ !*!.- "ltura 'ue alcanza el agua desde el fondo del canal.

    . E"$&! $,4$%i5i%!.- es la relacin entre la energa mnima y el tirante critico.

    6. A5'!!.-medir el caudal en una determinada seccin de agua.

    7. F*+' ,84$-%i#i%'.- 0e da cuando el tirante de agua, est por debao del tirante critico.

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    )FUNDA9ENTO TEORICO.-

    El resalto hidrulico es el ascenso brusco del nivel del agua 'ue se presenta en un canal

    abierto a consecuencia del retardo 'ue sufre una corriente de agua 'ue fluye a elevadavelocidad.

    Este fenmeno presenta un estado de fuerzas en e'uilibrio, en el 'ue tiene lugar un cambioviolento del rgimen de fluo, de supercrtico a subcrtico. )onsideremos el siguientees'uema#

    / esalto hidrulico

    En la seccin !, act1an las fuerzas hidrosttica 2!hy dinmica 2!d3 en forma similar pero ensentido contrario en la seccin 4, 24hy 24d. En ambas secciones la sumatoria de fuerzas dacomo resultado 2! y 24 respectivamente. En el estado de e'uilibrio, ambas fuerzas tienen lamisma magnitud pero direccin contraria (la fuerza 2!hes menor a 24h, inversamente 2!des

    mayor a 24d$. &ebido a la posicin de las fuerzas resultantes, ambas estn espaciadas unadistancia d, lo cual genera un par de fuerzas de la misma magnitud pero de sentidocontrario. En razn a la condicin de l'uido, las partculas 'ue la componen ad'uirirn latendencia de fluir en la direccin de las fuerzas predominantes, presentndose la mezcla delagua con lneas de fluo superficiales movindose en sentido contrario a la direccin defluo y de manera inversa en la zona cercana a la solera. El repentino encuentro entre lasmasas de l'uido y el inevitable cho'ue entre partculas, provocan la generacin de unmedio l'uido de gran turbulencia 'ue da lugar a la absorcin de aire de la atmsfera, dandocomo resultado un medio mezcla agua/aire.

    %ara un metro de ancho de un canal, se considera el escurrimiento de una masa de fluido

    por unidad de tiempo.

    (5.!$

    El impulso total se e6presar

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    (5.4$

    El 'ue deber estar en e'uilibrio con la fuerza resultante#

    (5.7$

    El impulso se e6presa ahora

    (5.8$

    )onsiderando la ecuacin de continuidad

    (5.5$

    y eliminado ' y v4se obtiene#

    (5.9$

    (5.:$

    (5.;$

    esultando el tirante conugado (aguas abao del resalto$#

    (5.

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    (5.!!$

    El tirante antes y despus del resalto hidrulico resulta funcin del >1mero de 2roude.

    ?as caractersticas del resalto hidrulico han sido aprovechadas para reducir las velocidadesde fluo en canales a valores 'ue permitan el escurrimiento sin ocasionar tensiones de cortesuperiores a los lmites permitidos por los materiales 'ue componen el permetro moado.El lugar geomtrico en el 'ue se presenta el resalto se denomina colchn hidrulico.

    &iferentes investigadores han profundizado en el tema de la disipacin de la energa atravs de un resalto hidrulico3 algunos han puesto atencin a la relacin entre los tirantes ycondiciones de fluo antes y despus del resalto, los menos han abordado los mecanismosinternos 'ue gobiernan un resalto hidrulico.

    0e han investigado diferentes formas de colchones hidrulicos con el obeto de lograr una

    meor disipacin de energa en una menor longitud.

    Ti4', 0$ $,!#' i0;*i%'

    canales horizontales, cuya base de clasificacin es el n1mero de 2roude, a saber#

    2r!@ !

    2luo crtico, por lo 'ue no se forma ning1n resalto.

    2r!@ ! a :

    ?a superficie de agua presenta la tendencia a la formacin de ondulaciones. esalto hidrulico ondular.

    2r!@ !.: a 4.5

    El ondulamiento de la superficie en el tramo de mezcla es mayor y aguas abao las perturbacionessuperficiales son menores.

    esalto hidrulico dbil.

    2r!@ 8.5 !

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    esalto con grn disipacin de energa (hasta ;= A$, gran ondulacin de la superficie con tendencia detraslado de la zona de rgimen supercrtico hacia aguas abao.

    En la prctica se recomienda mantener el resalto hidra1lico en la condicin de resalto oscilante, por cuanto setrata de un resalto bin formado y accesible en las condiciones de fluo reales, si bien la disipacin 'ue selogra no alcanza los meores niveles. En los casos de resaltos permanente y fuerte, las condiciones hidra1licas

    aguas abao son muy e6igentes y dficiles de cumplir en la prctica.

    %ara el diseo de colchones hidrulicos se consideran los siguientes aspectos.

    P

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    E5i%i$"%i!.-

    0e define la eficiencia de un resalto hidrulico como la relacin de energa especfica despus y antes delresalto#

    (5.!7$

    %or lo 'ue se puede advertir, la eficiencia de un resalto hidra1lico depende 1nicamente del n1mero de 2roudeantes del mismo.

    L'"i#*0 0$ $,!#' i0;*i%'.-

    Cn parmetro importante en el diseo de obras hidrulicas es la longitud del resalto, 'ue definir la necesidadde incorporar obras complementarias para reducir esta longitud yDo aplicar medidas de proteccin de la

    superficie para incrementar su resistencia a las tensiones de corte.

    ?os resultados de pruebas e6perimentales realizadas por el ureau of eclamation, dan los siguientesresultados#

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    P$5i 0$ ! ,*4$5i%i$ 0$ $,!#'.-

    Este dato tiene utilidad para el diseo de las paredes laterales de la obra, tanto en lo 'ue se refiere a su alturacomo a su estabilidad.

    a-hmeteff y atz-e, encontraron 'ue el perfil de la superficie de un resalto hidrulico, se puede representarpor curvas adimensionales en funcin de 2r!, como se muestra en el siguiente grfico#

    L'%!i=!%i(" 0$ $,!#' i0;*i%'

    ?a ubicacin del resalto hidrulico depende de las condiciones de fluo tanto aguas arriba como aguas abao.

    %ara la e6plicacin de este aspecto, consideremos el caso del fluo a travs de un conducto inferior, a manerade un desfogue de fondo. "guas abao, el nivel de agua es influenciado por alg1n elemento de control, como

    por eemplo una estructura transversal.

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    Es'uema de un resalto hidrulico en un sistema formado por una compuerta y una estructura de cada

    %or un lado, el tirante alcanza su mnimo valor inmediatamente despus de la compuerta, este se incrementagradualmente en rgimen supercrtico en direccin aguas abao. %or otro lado el tirante aguas abao sedesarrolla a travs de una curva de depresin incrementndose hacia aguas arriba en rgimen subcrtico.

    En alguna seccin A, el chorro 'ue se desplaza desde la compuerta, tiene un tirante h!"y re'uiere, para laformacin del resalto, un tirante conugado h4", sin embargo el tirante real en esa seccin es menor alre'uerido. ao estas condiciones el chorro l'uido contin1a su movimiento hacia aguas abao, incrementandoel tirante y por lo tanto reduciendo su energa cintica. En una seccin G el tirante conugado re'uerido h4"alcanzar una magnitud e'uivalente al tirante e6istente, presentandos las condiciones para la formacin de